(57)【要約】【課題】リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧の最適値を容易に検出することができる固体撮像装置およびその設定方法を提供する。【解決手段】光電変換素子により作成された電荷を転送する、最終段に出力トランジスタ１０６が配置された水平転送部１０５と、出力トランジスタ１０６により形成された、水平転送部１０５により転送されてきた電荷を蓄積するフローティングディフュージョン１０７と、フローティングディフュージョン１０７に蓄積された電荷を引き出すリセットトランジスタ１０８とを備える固体撮像装置１０であって、出力トランジスタ１０６のアウトプットゲートＯＧに電気的に接続されるテスト用電極パッド１１と、リセットトランジスタ１０８のリセットゲートΦＲに電気的に接続されるテスト用電極パッド１２と、リセットトランジスタ１０８のリセットドレインＲＤに電気的に接続されるテスト用電極パッド１３とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の強度に応じた電荷を作成する光電変換素子と、上記電荷を読み出し転送する、最終段に出力トランジスタが配置されたＣＣＤと、上記出力トランジスタにより形成された、上記ＣＣＤにより転送されてきた電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、上記フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を検出し、電圧に変換して出力する出力回路と、上記フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を引き出すリセットトランジスタとを備える固体撮像装置であって、
上記出力トランジスタのゲートに電気的に接続される第１電極パッドと、
上記リセットトランジスタのゲートに電気的に接続される第２電極パッドと、
上記リセットトランジスタのリセットドレインに電気的に接続される第３電極パッドとを備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
上記ＣＣＤに電気的に接続される第４電極パッドを備えていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
上記出力トランジスタのゲートには、電源から抵抗分割された電位が供給されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
光の強度に応じた電荷を作成する光電変換素子と、上記電荷を読み出し転送する、最終段に出力トランジスタが配置されたＣＣＤと、上記出力トランジスタにより形成された、上記ＣＣＤにより転送されてきた電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、上記フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を検出し、電圧に変換して出力する出力回路と、上記フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を引き出すリセットトランジスタとを備える固体撮像装置における、上記リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧を設定する設定方法であって、
引き出し動作を行うときの上記リセットトランジスタのリセットドレインのリセットドレイン電圧を設定するステップと、
上記出力トランジスタのゲートに電気的に接続される第１電極パッドに電圧を印加することによって上記フローティングディフュージョンへの電荷の蓄積を制御した状態で、上記リセットトランジスタのゲートに電気的に接続される第２電極パッドに電圧を印加しながら、電流負荷を与えた該リセットトランジスタのリセットドレインに電気的に接続される第３電極パッドの電圧を測定することによって、該リセットトランジスタのＤＣ特性を求めるステップと、
上記ＤＣ特性に基づいて、上記設定したリセットドレイン電圧に対応するゲート電圧を検出するステップと、
上記検出したゲート電圧と、上記リセットトランジスタに引き出し動作させる際のゲートに印加する駆動パルスの振幅とから、上記リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧を求めるステップとを含むことを特徴とする固体撮像装置の設定方法。
【請求項５】
上記リセットトランジスタのＤＣ特性を求める間、上記ＣＣＤに電気的に接続される第４電極パッドに電圧を印加することによって、電荷を発生させることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置の設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）方式の固体撮像装置およびその設定方法に関するものであり、特に、リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧を設定するときの該バイアス電圧の最適値を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の標準的なＣＣＤ方式の固体撮像装置１００の構成を示す平面図である。図７は、図６の固体撮像装置１００における、転送されてきた電荷が電圧として出力される部分の構成を示す模式図である。
【０００３】
図６および図７に示すように、従来の固体撮像装置１００は、フォトダイオード１０１（光電変換素子）、ＣＣＤからなる垂直転送部１０２、第１ゲート電極１０３、第２ゲート電極１０４、ＣＣＤからなる水平転送部１０５、フローティングディフュージョン１０７、リセットトランジスタ１０８、および出力アンプ１０９（出力回路）が、シリコン基板１１０（半導体チップ）上に形成された構成を有している。
【０００４】
固体撮像装置１００では、フォトダイオード１０１が配列されている面が撮像面となっている。第１ゲート電極１０３および第２ゲート電極１０４は、フォトダイオード１０１を露出し、かつ垂直転送部１０２を覆うように形成されている。なお、固体撮像装置１００の説明にて述べる垂直方向および水平方向は、図６に示す平面視すなわち撮像面を基準としている。
【０００５】
フォトダイオード１０１は、マトリクス状に配列されている。フォトダイオード１０１は、被写体を撮像した際の光学像（光の強度）に応じて光電変換により電荷を発生し、蓄積する。フォトダイオード１０１の各列の間には、垂直方向に延びるように形成された垂直転送部１０２が配列されている。１つのフォトダイオード１０１とそれに隣接する垂直転送部１０２が、１画素を構成している（図６中のＡ）。各画素における垂直転送部１０２は、フォトダイオード１０１が蓄積する電荷（所謂、信号電荷）、すなわち１画素の画像情報を読み出す。
【０００６】
垂直転送部１０２の上側には、水平方向に延びるように形成された第１ゲート電極１０３および第２ゲート電極１０４が、１画素に第１ゲート電極１０３および第２ゲート電極１０４を１つずつ含むように、垂直方向に交互に配置されている。垂直転送部１０２は、第１ゲート電極１０３と第２ゲート電極１０４とにそれぞれ与えられる駆動パルスに従って、読み出した電荷を水平転送部１０５に向かって順次運ぶ。
【０００７】
水平転送部１０５は、各垂直転送部１０２の１端と接続するように、水平方向に延びるように形成されている。また、水平転送部１０５の上側には、予め定められた駆動パルスがそれぞれ与えられる電極が複数形成されている。水平転送部１０５は、各電極にそれぞれ与えられる駆動パルスΦＨ１・ΦＨ２に従って、垂直転送部１０２により運ばれてきた電荷を、フローティングディフュージョン１０７に向かって運ぶ。
【０００８】
フローティングディフュージョン１０７は、水平転送部１０５の最終段に配置された出力トランジスタ１０６によって形成された部分であり、出力トランジスタ１０６のゲート（アウトプットゲートＯＧ）に適切なバイアス電圧が与えられることによって、水平転送部１０５により運ばれてきた電荷を溜めることができる。フローティングディフュージョン１０７には、出力アンプ１０９の入力端子が接続されている。出力アンプ１０９は、フローティングディフュージョン１０７に蓄積された電荷すなわち電圧変化を検出し、電圧に変換して増幅した後、出力部ＯＳに出力する。これにより、出力部ＯＳから、１画素の画像情報が電圧として出力される。
【０００９】
一方、フローティングディフュージョン１０７に蓄積された電荷が画像情報として読み出された後は、次の画像情報を読み出す準備を行う必要がある。この準備を行うために、リセットトランジスタ１０８が、水平転送部１０５の最終段すなわち出力トランジスタ１０６の後段に隣接して配置されている。リセットトランジスタ１０８は、例えばＮＭＯＳトランジスタが用いられる。
【００１０】
リセットトランジスタ１０８は、画像情報を読み出す毎に、ゲート（リセットゲートＲＧ）に電圧パルスが印加され、カットオフ状態からオン状態に切り替えられる。これにより、フローティングディフュージョン１０７に蓄積された電荷が、リセットトランジスタ１０８のソース（リセットドレインＲＤ）に吐き出され、フローティングディフュージョン１０７の電荷がリセットされる。よって、フローティングディフュージョン１０７に、次に運ばれてくる電荷を溜めることが可能となっている。
【００１１】
このように、固体撮像装置１００では、フローティングディフュージョン１０７に１画素分の電荷が順次蓄積され、出力アンプ１０９から電圧として順次出力されることによって、撮像面で撮像した１画面（１枚）の画像情報を得る。なお、動画を撮像する場合は、固体撮像装置１００は、上記１画面の画像情報を、予め設定された時間間隔で取得する。
【００１２】
ところで、リセットトランジスタ１０８の特性は、製造バラツキにより個々に異なるため、カットオフ電圧もばらつくことになる。通常、リセットゲートＲＧには、リセット動作用のバイアス電圧を供給するバイアス電圧調整回路（図示せず）が接続されている。バイアス電圧調整回路は、製造バラツキを吸収する役割があり、個別に特性を測定して、バイアス電圧を最適値に設定する必要がある。
【００１３】
上記バイアス電圧調整回路としては、例えば、特許文献１に記載されたバイアス発生装置がある。このバイアス発生装置は、発生するバイアス電圧を広範囲に調整することが可能となっており、個々の測定結果に基づいてバイアス電圧の最適値を検出し調整することで、製造バラツキを吸収し、歩留まり低下を軽減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−２３１８８９号公報（平成１４年８月１６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置１００では、リセットゲートＲＧに与えるバイアス電圧の最適値の検出は、作業効率が悪く、非常に時間がかかるという問題を有している。テスト時間の増加はテスト工程の負荷増大の一因となり、生産性の低下を招いている。
【００１６】
実際にリセットゲートＲＧに与えるバイアス電圧の最適値を検出するためには、撮像面に光を照射し、フォトダイオード１０１により光電変換された電荷を読み出すことによって、リセットトランジスタ１０８が扱える電荷を可能な限り多く確保することができ、かつ、画素間の電荷が混ざらないように、前の画素の電荷を確実に取りこぼすこと無くリセットすることができるバイアス電圧を検出しなければならない。この検出作業は、バイアス電圧を変えながら、光照射、撮像動作、およびリセット動作による確認を繰り返すため、最適値の検出には非常に長いテスト時間を要している。
【００１７】
また、上記検出作業は、光の照射が必須であることから、光源を持つ特別な個体撮像装置専用のテストシステムを使用する必要がある。
【００１８】
さらに、通常テストでは、スループットを上げてテストコストを下げるために、一度に複数個の固体撮像装置をテストする（２個以上同時測定）ことが一般的であるが、上記検出作業は、デバイス個々に異なる特性を検出するので、既存の方法であれば、同時に同じ光量を与えることができない。よって、個別にテストを行わなければならないため、同時測定効率を上げることができず、テストコスト低減の障害となっている。
【００１９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧の最適値を容易に検出することができる固体撮像装置および固体撮像装置の設定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の固体撮像装置は、上記課題を解決するために、光の強度に応じた電荷を作成する光電変換素子と、上記電荷を読み出し転送する、最終段に出力トランジスタが配置されたＣＣＤと、上記出力トランジスタにより形成された、上記ＣＣＤにより転送されてきた電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、上記フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を検出し、電圧に変換して出力する出力回路と、上記フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を引き出すリセットトランジスタとを備える固体撮像装置であって、上記出力トランジスタのゲートに電気的に接続される第１電極パッドと、上記リセットトランジスタのゲートに電気的に接続される第２電極パッドと、上記リセットトランジスタのリセットドレインに電気的に接続される第３電極パッドとを備えていることを特徴としている。
【００２１】
上記の構成によれば、第１電極パッドに電圧を印加することによって、ＣＣＤにより転送されてくる電荷のフローティングディフュージョンへの転送を制御することが可能となる。そして、上記転送制御に従ってフローティングディフュージョンに電荷が蓄積された状態で、第２電極パッドに電圧を印加しながら、電流負荷を与えた第３電極パッドの電圧を測定することによって、動作環境に沿ったリセットトランジスタのＤＣ特性を測定することが可能となる。
【００２２】
通常動作時、リセットトランジスタのリセットドレインの電圧レベルは、固体撮像装置の電源の電圧レベルで使用されるとする。この場合、リセットトランジスタのＤＣ特性において、リセットトランジスタのリセットドレインの電圧レベルが固体撮像装置の電源の電圧レベルに一致するときのリセットトランジスタのゲートの電圧レベルが、リセットトランジスタのゲートの基底レベルと一致する。つまりは、ＤＣ特性において、通常動作時に設定されるリセットトランジスタのリセットドレインの電圧レベルに対応するゲートの電圧レベルが、リセットトランジスタのゲートの基底レベルと一致する。
【００２３】
よって、測定したＤＣ特性に基づいて検出したリセットトランジスタのゲートの基底レベルと、リセットトランジスタに引き出し動作させる際のゲートに印加する駆動パルスの振幅とから、リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧の最適値を容易に検出することが可能となる。
【００２４】
また、上記ＤＣ特性の測定においては、従来のように画像出力を読み出す必要がない。さらに、ＤＣ特性は線形になることから、数点の測定で外挿することができる。よって、非常に短時間でバイアス電圧の最適値を検出することが可能となる。
【００２５】
また、本発明の固体撮像装置は、上記ＣＣＤに電気的に接続される第４電極パッドを備えていることが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、ＤＣ特性の測定においては、電荷を発生させるために従来のように光を与えて撮像する必要がない。よって、高価な光源装置を必要としないので、比較的安価なテスト装置を用いてテストが可能となる。
【００２７】
また、光源装置を必要としないので、光源装置を持たないシステムでも完全同時測定が可能となり、複数個同時テストのメリットをほぼ１００％発揮できるようになる。さらに、光源システムのバラツキを全く排除することができるので、リセットトランジスタのゲートに安定したバイアス電圧の設定が可能となり、安定した生産に寄与することが可能となる。
【００２８】
また、本発明の固体撮像装置は、上記出力トランジスタのゲートには、電源から抵抗分割された電位が供給されることが好ましい。これにより、通常動作時に、出力トランジスタのゲートに、予め設定したバイアス電圧を与えることが可能となる。
【００２９】
本発明の固体撮像装置の設定方法は、上記課題を解決するために、光の強度に応じた電荷を作成する光電変換素子と、上記電荷を読み出し転送する、最終段に出力トランジスタが配置されたＣＣＤと、上記出力トランジスタにより形成された、上記ＣＣＤにより転送されてきた電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、上記フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を検出し、電圧に変換して出力する出力回路と、上記フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を引き出すリセットトランジスタとを備える固体撮像装置における、上記リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧を設定する設定方法であって、引き出し動作を行うときの上記リセットトランジスタのリセットドレインのリセットドレイン電圧を設定するステップと、上記出力トランジスタのゲートに電気的に接続される第１電極パッドに電圧を印加することによって上記フローティングディフュージョンへの電荷の蓄積を制御した状態で、上記リセットトランジスタのゲートに電気的に接続される第２電極パッドに電圧を印加しながら、電流負荷を与えた該リセットトランジスタのリセットドレインに電気的に接続される第３電極パッドの電圧を測定することによって、該リセットトランジスタのＤＣ特性を求めるステップと、上記ＤＣ特性に基づいて、上記設定したリセットドレイン電圧に対応するゲート電圧を検出するステップと、上記検出したゲート電圧と、上記リセットトランジスタに引き出し動作させる際のゲートに印加する駆動パルスの振幅とから、上記リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧を求めるステップとを含むことを特徴としている。
【００３０】
通常動作時、リセットトランジスタのリセットドレインの電圧レベルは、固体撮像装置の電源の電圧レベルで使用されるとする。この場合、リセットトランジスタのＤＣ特性において、リセットトランジスタのリセットドレインの電圧レベルが固体撮像装置の電源の電圧レベルに一致するときのリセットトランジスタのゲートの電圧レベルが、リセットトランジスタのゲートの基底レベルと一致する。つまりは、ＤＣ特性において、通常動作時に設定されるリセットトランジスタのリセットドレインの電圧レベルに対応するゲートの電圧レベルが、リセットトランジスタのゲートの基底レベルと一致する。
【００３１】
上記の方法によれば、測定したＤＣ特性に基づいて、設定したリセットドレイン電圧に対応するゲート電圧が検出され、この検出されたゲート電圧と、リセットトランジスタに引き出し動作させる際のゲートに印加する駆動パルスの振幅とから、リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧が求められる。よって、バイアス電圧の最適値を容易に検出することが可能となる。
【００３２】
また、上記ＤＣ特性の測定においては、従来のように画像出力を読み出す必要がない。さらに、ＤＣ特性は線形になることから、数点の測定で外挿することができる。よって、非常に短時間でバイアス電圧の最適値を検出することが可能となる。
【００３３】
また、本発明の固体撮像装置の設定方法は、上記リセットトランジスタのＤＣ特性を求める間、上記ＣＣＤに電気的に接続される第４電極パッドに電圧を印加することによって、電荷を発生させることが好ましい。
【００３４】
上記の方法によれば、ＤＣ特性の測定においては、電荷を発生させるために従来のように光を与えて撮像する必要がない。よって、高価な光源装置を必要としないので、比較的安価なテスト装置を用いてテストが可能となる。
【００３５】
また、光源装置を必要としないので、光源装置を持たないシステムでも完全同時測定が可能となり、複数個同時テストのメリットをほぼ１００％発揮できるようになる。さらに、光源システムのバラツキを全く排除することができるので、リセットトランジスタのゲートに安定したバイアス電圧の設定が可能となり、安定した生産に寄与することが可能となる。
【発明の効果】
【００３６】
以上のように、本発明の固体撮像装置は、出力トランジスタのゲートに電気的に接続される第１電極パッドと、リセットトランジスタのゲートに電気的に接続される第２電極パッドと、上記リセットトランジスタのリセットドレインに電気的に接続される第３電極パッドとを備えている構成である。
【００３７】
それゆえ、第１電極パッド、第２電極パッド、および第３電極パッドを用いることによって、リセットトランジスタのＤＣ特性を直接測定することができる。そして、測定したＤＣ特性に基づいて検出したリセットトランジスタのゲートの基底レベルと、リセットトランジスタに引き出し動作させる際のゲートに印加する駆動パルスの振幅とから、リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧の最適値を容易に検出することができるという効果を奏する。
【００３８】
また、上記ＤＣ特性の測定においては、従来のように画像出力を読み出す必要がない。さらに、ＤＣ特性は線形になることから、数点の測定で外挿することができる。よって、非常に短時間でバイアス電圧の最適値を検出することができるという効果を併せて奏する。
【００３９】
本発明の固体撮像装置の設定方法は、引き出し動作を行うときのリセットトランジスタのリセットドレインのリセットドレイン電圧を設定するステップと、出力トランジスタのゲートに電気的に接続される第１電極パッドに電圧を印加することによってフローティングディフュージョンへの電荷の蓄積を制御した状態で、上記リセットトランジスタのゲートに電気的に接続される第２電極パッドに電圧を印加しながら、電流負荷を与えた該リセットトランジスタのリセットドレインに電気的に接続される第３電極パッドの電圧を測定することによって、該リセットトランジスタのＤＣ特性を求めるステップと、上記ＤＣ特性に基づいて、上記設定したリセットドレイン電圧に対応するゲート電圧を検出するステップと、上記検出したゲート電圧と、上記リセットトランジスタに引き出し動作させる際のゲートに印加する駆動パルスの振幅とから、上記リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧を求めるステップとを含む方法である。
【００４０】
それゆえ、第１電極パッド、第２電極パッド、および第３電極パッドを用いることによって、リセットトランジスタのＤＣ特性を直接測定することができる。そして、測定したＤＣ特性に基づいて、設定したリセットドレイン電圧に対応するゲート電圧が検出され、この検出されたゲート電圧と、リセットトランジスタに引き出し動作させる際のゲートに印加する駆動パルスの振幅とから、リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧が求められる。よって、バイアス電圧の最適値を容易に検出することができるという効果を奏する。
【００４１】
また、上記ＤＣ特性の測定においては、従来のように画像出力を読み出す必要がない。さらに、ＤＣ特性は線形になることから、数点の測定で外挿することができる。よって、非常に短時間でバイアス電圧の最適値を検出することができるという効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明における固体撮像装置の一形態を示すものであり、転送されてきた電荷が電圧として出力される部分の構成を示す模式図である。
【図２】上記固体撮像装置における出力トランジスタおよびリセットトランジスタの電位ポテンシャルイメージを示す図である。
【図３】上記固体撮像装置におけるリセットトランジスタのＤＣ特性を示す図である。
【図４】上記固体撮像装置において、リセットトランジスタのＤＣ特性を実際に測定したときの測定結果を示す図である。
【図５】上記リセットトランジスタのＤＣ特性のバラツキを示す図である。
【図６】従来の標準的なＣＣＤ方式の固体撮像装置の構成を示す平面図である。
【図７】上記従来の固体撮像装置における、転送されてきた電荷が電圧として出力される部分の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、図６および図７に示した従来の固体撮像装置１００の構成と同じである。また、説明の便宜上、上記背景技術にて参照した図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００４４】
（固体撮像装置の構成および動作）
図１は、本実施の形態の固体撮像装置１０の一構成例を示すものであり、転送されてきた電荷が電圧として出力される部分の構成を示す模式図である。
【００４５】
固体撮像装置１０は、撮像面で撮像した画像を、１画面の画像情報を持つ電気信号として得るＣＣＤ方式の固体撮像装置である。固体撮像装置１０は、従来の固体撮像装置１００の構成に加えて、図１に示すように、外部から電圧（電流）を印加することが可能なテスト用電極パッド１１〜１３、抵抗器１４・１５、並びに、外部から電圧（電流）を印加することが可能な駆動用電極パッド１６を備えている。
【００４６】
テスト用電極パッド１１（第１電極パッド）は、水平転送部１０５の最終段に配置された出力トランジスタ１０６のゲート（アウトプットゲートＯＧ）に電気的に接続されている。これにより、テスト用電極パッド１１を用いて、アウトプットゲートＯＧに、外部から電圧を印加することが可能となっている。
【００４７】
抵抗器１４・１５は、固体撮像装置１０の電源ＯＤとグランドＧＮＤとの間で直列接続されており、両者の間のＤＣ電位（図１中のＢ）がアウトプットゲートＯＧに電気的に接続されるように配置されている。これにより、アウトプットゲートＯＧには、外部から電圧が印加されない場合は、電源ＯＤから抵抗器１４・１５によって抵抗分割されたＤＣ電位が供給される。よって、通常動作時に、アウトプットゲートＯＧに、予め設定したバイアス電圧を与えることが可能となっている。
【００４８】
テスト用電極パッド１２（第２電極パッド）は、リセットトランジスタ１０８のゲート（リセットゲートΦＲ）に電気的に接続されている。これにより、テスト用電極パッド１２を用いて、リセットゲートΦＲに、外部から電圧を印加することが可能となっている。
【００４９】
テスト用電極パッド１３（第３電極パッド）は、リセットトランジスタ１０８のソース（リセットドレインＲＤ）に電気的に接続されている。これにより、テスト用電極パッド１３を用いて、リセットドレインＲＤに外部から電流負荷を与えたり、リセットドレインＲＤの電圧を測定することが可能となっている。
【００５０】
駆動用電極パッド１６（第４電極パッド）は、水平転送部１０５に電気的に接続されている。これにより、駆動用電極パッド１６を用いて、外部から電圧を印加することによって、水平転送部１０５に電荷を発生させることが可能となっている。
【００５１】
上記構成を有する固体撮像装置１０では、フォトダイオード１０１により蓄積された電荷が、順次、垂直転送部１０２によって水平転送部１０５に向かって運ばれる。そして、図１に示すように、駆動パルスΦＨ１・ΦＨ２に従い、水平転送部１０５によって電荷１７は出力トランジスタ１０６を通り、フローティングディフュージョン１０７に運ばれる。フローティングディフュージョン１０７に溜められた電荷は、出力アンプ１０９によって電圧変換され、電圧として出力部ＯＳに出力される。
【００５２】
一方、出力アンプ１０９によって電圧として出力される毎に、リセットゲートΦＲに電圧パルスが与えられる。これにより、リセットトランジスタ１０８が駆動し、フローティングディフュージョン１０７に溜められた電荷は、リセットドレインＲＤに引き抜かれる（吐き出される）。そして、フローティングディフュージョン１０７には、次に転送されてくる電荷が溜められる。
【００５３】
このように、固体撮像装置１０では、フローティングディフュージョン１０７に１画素分の電荷が順次蓄積され、出力アンプ１０９から電圧として順次出力されるとともに、電圧として出力される毎にフローティングディフュージョン１０７の電荷がリセットされている。
【００５４】
（リセットトランジスタのゲートのバイアス電圧の設定）
ここで、出力アンプ１０９による電荷の検出（１画素の画像情報の読み出し）と、リセットトランジスタ１０８による電荷の吐き出しとを問題無く行うためには、リセットゲートΦＲのバイアス電圧（バイアス電位）を適切に設定する必要がある。しかし、リセットトランジスタ１０８は製造上のバラツキがあるため、特性が固体撮像装置個々に固有の特性となる。それゆえ、個々に最適なバイアス電圧を検出した後、設定する必要がある。これについて、図２を参照しながら説明する。
【００５５】
図２は、出力トランジスタ１０６およびリセットトランジスタ１０８の電位ポテンシャルイメージを示す図である。
【００５６】
水平転送部１０５により運ばれてきた電荷１７は、出力トランジスタ１０６を通って、フローティングディフュージョン１０７に運ばれる。このとき、図２に示すように、フローティングディフュージョン１０７の基底レベル２１に、電荷１７が溜められた状態となっている。また、リセットゲートΦＲは、リセット動作を行うための駆動パルスが印加されていないので、バイアス電圧に従ったバイアス電圧レベル２２となっている。
【００５７】
そして、フローティングディフュージョン１０７に溜められた電荷１７は、出力アンプ１０９により検出された後、リセットゲートΦＲのパルス駆動によってリセットゲートΦＲのポテンシャルが、バイアス電圧レベル２２からリセット基底レベル２３に下げられて、リセットドレインＲＤに吐き出される。
【００５８】
ところが、基底レベル２１およびリセット基底レベル２３は、製造バラツキにより上下に変動する。このため、リセットゲートΦＲには、パルス駆動するための基準であるバイアス電圧レベル２２を適切に設定する必要がある。
【００５９】
なお、不適切な設定を行うと、次の（１）・（２）に示すような現象が現れ、固体撮像装置１０としての特性を著しく損なうこととなる。
【００６０】
（１）バイアス電圧レベル２２を適切なレベルよりも低いレベルに設定した場合
光の強度が大きいシチュエーション（非常に明るい画面）を撮像した場合、電荷１７がリセットトランジスタ１０８のゲートを溢れ、白とびした画像となってしまう。すなわち、ダイナミックレンジの低下を招く。
【００６１】
（２）バイアス電圧レベル２２を適切なレベルよりも高いレベルに設定した場合
一画素を読み出した後、次の画素を読み出すために電荷１７を吐き出すが、全ての電荷１７を吐き出すことができなくなる。このため、画素間の電荷が混ざってしまい、正常な画像を得られなくなってしまう。
【００６２】
そこで、固体撮像装置１０では、以下に説明する設定方法を用いることで、固体撮像装置個々に固有な特性に対応した最適なバイアス電圧レベル２２の設定を行うことができる。リセットゲートΦＲに与えるバイアス電圧の設定は、固体撮像装置１０の検査工程において行う。
【００６３】
まず、水平転送部１０５に駆動電圧を印加して電荷を発生させ、駆動パルスΦＨ１・ΦＨ２を印加して電荷を順次転送させる。そして、テスト用電極パッド１１を用いて外部からアウトプットゲートＯＧに電圧を印加することによって、アウトプットゲートＯＧのゲート電位を制御する。これにより、水平転送部１０５により転送されてきた電荷を、任意に、フローティングディフュージョン１０７に順次運ぶことが可能となる。すなわち、テスト条件に応じた電荷の転送が制御可能となる。
【００６４】
続いて、フローティングディフュージョン１０７に電荷が溜められた状態で、テスト用電極パッド１２を用いて外部からリセットゲートΦＲに電圧を印加するとともに、定電流源を接続したテスト用電極パッド１３を用いて、電流負荷を取りながらリセットドレインＲＤの電圧を測定する。これにより、図３に示すようなリセットトランジスタ１０８のＤＣ特性を取得する。
【００６５】
図３は、リセットトランジスタ１０８のＤＣ特性を示す図である。縦軸は、リセットドレインＲＤの電圧ＶＲＤを示し、横軸は、リセットゲートΦＲの電圧ＶΦＲを示す。
【００６６】
図３に示すように、リセットトランジスタ１０８のＤＣ特性（太字点線）は、不飽和領域では線形の関係となる。通常の動作状態では、電圧ＶＲＤの電圧レベルは、固体撮像装置１０の電源ＯＤの電圧レベルで使用される。それゆえ、図３に示すＤＣ特性において、「電圧ＶＲＤの電圧レベル＝電源ＯＤの電圧レベル」になる電圧ＶΦＲが、図２に示したリセットゲートΦＲのリセット基底レベル２３と一致する。
【００６７】
よって、リセットトランジスタ１０８のＤＣ特性に基づいて検出した「電圧ＶＲＤの電圧レベル＝電源ＯＤの電圧レベル」になる電圧ＶΦＲと、リセットトランジスタ１０８にリセット動作させる際のリセットゲートΦＲに印加する駆動パルスの振幅とから、バイアス電圧レベル２２の最適値を容易に求めることが可能となる。
【００６８】
そして、求めたバイアス電圧レベル２２となる設定を、リセットゲートΦＲに接続されているバイアス電圧調整回路（図示せず）のヒューズに書き込み、バイアス電圧の設定を完了する。これにより、リセットゲートΦＲへのバイアス電圧を最適化することが可能となる。
【００６９】
ここで、固体撮像装置１０を用いて、実際にリセットトランジスタ１０８のＤＣ特性を測定した結果を、図４に示す。図４では、縦軸は、リセットドレインＲＤの電圧ＶＲＤ（Ｖ）を示し、横軸は、リセットゲートΦＲの電圧ＶΦＲ（Ｖ）を示す。
【００７０】
この測定では、ＯＤ＝１５（Ｖ）、駆動パルスΦＨ１・ΦＨ２＝５〜１０（Ｖ）、ＯＧ＝５〜１０（Ｖ）、定電流＝１００（ｎＡ）に設定した。そして、２つの固体撮像装置１０（サンプル１、サンプル２）に対し、測定を行った。
【００７１】
図４に示すように、リセットトランジスタ１０８のＤＣ特性は、サンプル１とサンプル２とにおいて、飽和する電圧ＶＲＤがほぼ同じで、横軸方向にずれている。この結果は、トランジスタゲート下のチャネルのポテンシャルは、トランジスタ製造時のイオンの打ち込み量やエネルギーにより変化することから、個々のトランジスタは固有のチャネルポテンシャルを持っているためである。それゆえ、ゲートバイアス電圧は、個々のトランジスタが持つ固有のチャネルポテンシャルに応じて最適化する必要がある。但し、このチャネルポテンシャルは直接測定できないため、本実施例ではＤＣ特性の測定を行って等価的に測定を行っている。トランジスタのソース側に一定電流を流し、ゲートに０Ｖを印加してソースに現われる電圧が、ほぼチャネルポテンシャルに等しく、Φｍａｘと呼ばれる。
【００７２】
従って、図５に示すように、リセットトランジスタ１０８のＤＣ特性は、Φｍａｘ特性によりばらつくことがわかる。
【００７３】
以上のように、固体撮像装置１０では、テスト用電極パッド１１に電圧を印加することによって、水平転送部１０５により転送されてくる電荷のフローティングディフュージョン１０７への転送を制御することが可能となる。そして、フローティングディフュージョン１０７に電荷が蓄積された状態で、テスト用電極パッド１２に電圧を印加しながら、電流負荷を与えたテスト用電極パッド１３の電圧を測定することによって、動作環境に沿ったリセットトランジスタ１０８のＤＣ特性を測定することが可能となる。
【００７４】
ＤＣ特性において、通常動作時に設定されるリセットドレインＲＤの電圧レベルに対応するリセットゲートΦＲの電圧レベルが、リセットゲートΦＲの基底レベルと一致する。例えば、通常動作時、リセットドレインＲＤの電圧レベルは、固体撮像装置１０の電源ＯＤの電圧レベルで使用されるとする。この場合、リセットトランジスタ１０８のＤＣ特性において、リセットドレインＲＤの電圧レベルが固体撮像装置１０の電源ＯＤの電圧レベルに一致するときのリセットゲートΦＲの電圧レベルが、リセットゲートΦＲの基底レベルと一致する。
【００７５】
よって、測定したＤＣ特性に基づいて検出したリセットゲートΦＲの基底レベルと、リセットトランジスタ１０８にリセット動作させる際のリセットゲートΦＲに印加する駆動パルスの振幅とから、リセットゲートΦＲに与えるバイアス電圧の最適値を容易に検出することが可能となる。すなわち、最適なバイアス電圧の検出を、単純なＤＣ特性だけで可能となる。
【００７６】
さらに、上記ＤＣ特性の測定においては、従来のように画像出力を読み出す必要がない。さらに、ＤＣ特性は線形になることから、数点の測定で外挿することができる。よって、非常に短時間でバイアス電圧の最適値を検出することが可能となる。
【００７７】
また、固体撮像装置１０では、駆動用電極パッド１６に駆動電圧を印加することによって、水平転送部１０５に電荷を発生させることが可能となる。
【００７８】
よって、上記ＤＣ特性の測定においては、電荷を発生させるために従来のように光を与えて撮像する必要がない。それゆえ、高価な光源装置を必要としないので、比較的安価なテスト装置を用いてテストが可能となる。
【００７９】
また、光源装置を必要としないので、光源装置を持たないシステムでも完全同時測定が可能となり、複数個同時テストのメリットをほぼ１００％発揮できるようになる。さらに、光源システムのバラツキを全く排除することができるので、リセットゲートΦＲに安定したバイアス電圧の設定が可能となり、安定した生産に寄与することが可能となる。
【００８０】
ところで、実際の測定においては、図４に示したように、電圧ＶＲＤは、電源ＯＤの電圧レベルに到達せずに、電源ＯＤの電圧レベルよりも低いレベルで飽和する。また、ＤＣ特性を求めるために図４のように多数の測定を行うとすると、測定に時間がかかってしまう。それゆえ、次のような測定アルゴリズム（ステップＳ１〜Ｓ４）によって測定を実施することが好ましい。これにより、テスト時間をさらに短縮し、非常に短時間でバイアス電圧の設定を行うことが可能となる。
【００８１】
（ステップＳ１）
通常の動作状態において「電圧ＶＲＤの電圧レベル＝電源ＯＤの電圧レベル」が理想的な状態になるが、実際は、リセットゲートΦＲにパルス駆動を行うため、ぎりぎりに設定すると波形の鈍り具合により、電荷吐き出し時に電荷が少し残ることが考えられる。このため、電圧ＶＲＤの電圧レベルを、マージンをもって電源ＯＤの電圧レベルよりも少し高めになるように設定する。なお、この値を電圧ＶＲＤｆとする。マージン量は、固体撮像装置１０の特性評価から別途決定される。
【００８２】
（ステップＳ２）
続いて、電圧ＶＲＤと電圧ＶΦＲとの線形性を利用して、線形部分の２点を測定して、ＤＣ特性を求める。そして、「電圧ＶＲＤ＝電圧ＶＲＤｆ」となる電圧ＶΦＲを外挿して求め、これを電圧ＶΦＲｆとする。なお、ＤＣ特性を求めるために測定する２点は、任意のポイントで問題ないが、非常に近い２点では精度が悪くなるので、精度が確保できる２点測定が必要であることは言うまでも無い。
【００８３】
（ステップＳ３）
実際は、電荷の読み出しからリセット動作までは高速パルス駆動で行われる。この駆動パルスのローレベルが、求めるリセットゲートΦＲのバイアス電圧ＶΦＲｂとなる。よって、「（電圧ＶΦＲｆ−駆動パルスの振幅）＝バイアス電圧ＶΦＲｂ」となり、これによりバイアス電圧ＶΦＲｂを求める。
【００８４】
（ステップＳ４）
バイアス電圧ＶΦＲｂとなる設定を、リセットゲートΦＲに接続されているバイアス電圧調整回路（図示せず）のヒューズに書き込み、バイアス電圧の設定を完了する。
【００８５】
なお、上述した固体撮像装置１０では、図６および図７に示した従来の固体撮像装置１００の構成を用いたが、これに限るものではない。例えば、本発明は、光の強度に応じた電荷を作成する光電変換素子と、光電変換素子により作成された電荷を読み出し転送する、最終段に出力トランジスタが配置されたＣＣＤと、出力トランジスタにより形成され、ＣＣＤにより転送されてきた電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を検出し、電圧に変換して出力する出力回路と、フローティングディフュージョンに蓄積された電荷を引き出すリセットトランジスタとを少なくとも備える固体撮像装置に適用することができる。また、ＣＣＤの転送方式も２相に限定されるものではない。
【００８６】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、リセットトランジスタのゲートに与えるバイアス電圧の設定が必要な固体撮像装置に関する分野に好適に用いることができるだけでなく、固体撮像装置の製造方法、特に固体撮像装置の設定方法に関する分野に好適に用いることができ、さらには、固体撮像装置を備えるビデオカメラやデジタルカメラなどの各種電気機器、およびその製造方法の分野にも広く用いることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０  固体撮像装置
１１  テスト用電極パッド（第１電極パッド）
１２  テスト用電極パッド（第２電極パッド）
１３  テスト用電極パッド（第３電極パッド）
１４  抵抗器
１５  抵抗器
１６  駆動用電極パッド（第４電極パッド）
１７  電荷
１０１  フォトダイオード（光電変換素子）
１０２  垂直転送部（ＣＣＤ）
１０５  水平転送部（ＣＣＤ）
１０６  出力トランジスタ
１０７  フローティングディフュージョン
１０８  リセットトランジスタ
１０９  出力アンプ（出力回路）
１１０  シリコン基板
ＯＧ  アウトプットゲート
ΦＲ  リセットゲート
ＲＤ  リセットドレイン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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